Тепло-электрофизические аспекты монодиспергирования металлов повьшенной тугоплавкости тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УШВЕРСИТБТ im. I. I. Мечвиова

Р Г Б ОД ^"Услов Анатолж В'жторович

2 7 ОНТ 1938 удк 621.762

ТЕПЛО-ЕЛЕКТРОФ13ИЧН1 АСНЕКТИ МОНОДИСПЕРГУВАНИЯ МЕТАЛЛ1В П1ДВИЩЕННОГ ТУГОПЛАВКОСТИ

С'пец1алыпсть 01.04.14 - теплофизика та молекулярна фюика

А втореферат дисертаци на одобуття вченого ступеня доктора фшико-иатематичних наук

Одеса - 1998

Дисергац1Я с рукоиисом

Робота викоыанав Одеському державному ушверситет1 ¡м. 1.1. Мешкова

Офщ*1Йш опоненти: доктор ф'юико-математичних наук, нро-

фесор Гаиефельд Роланд Шльгельмовим, пров'1дний науковий сшвробтшк НТЦ вупльпих енерготехнолопй, м. Кшв

доктор техшчних наук, професор Каоач-юв 1ван Васильович, головний науковий сшвробтш! ДНТЦ ядерпоУ та радииийно! бсопеки, ы. Кшв

доктор фгаико-математичних наук, профи-сор Флорко Олександр Володимирович, кафедра оагальио'1 та х'щ'пшм фшики Одесь-когодержавного ушверситегу ¡м. 1.1. Меч-шкова

Пров1дна установа: 1нститут техшчноУ тенлофтики ИЛИ Ук-

ра'ши, м. Кшв

Захист дисертацп в'|дбудеться " 3 "/\исТЬпадд1998 року в 14щ па оа-адаши соец'1ашоовано1 вчеиоТ Ради Д 41.051.01 Одеського державного ушверситету оа адресою: и. Одеса, вул. Иастера '27, Велика ф'юична аудоторш.

3 дисертащею иожиа оонайомнтися в науковш б1блютеш ОДУ ш. I. I. Мечниова оа адресою: и. Одеса, вул. Преображенська '21.

Автореферат роо1Сланий тия 1998 року.

Вчений секретар спещалюованоТ Ради

доцент Федчук О. П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальшсть роботи. Серед рганомаштних дисперсшх систем особливе [¡сце належить ансамблям, що складаються о монодисперсних часток, тоб-о часток, яю мають однаков1 параметра (роом!р, форма, маса, швидюсть, емпература, тощо). Вакористаяня речовини в монодисперсному сташ вщ-ривае нов1 можливосп в ршенн! ряду фюичних оадач, дооволяе рооробнти ов1 ефективт техшчт пристроУ та технолог! чт процеси. Так, оа останш оки оначно рооширилися обяасп науково-техшчних 1 технолопчних вихори-тань речовин в дисперсшй фаоь Вони включають в себе проблема керуемого ермоядерного синтезу (КТС), крюдисперсну, крюх1м1чну та косм1чну тех-ологн, порошхову металурпю, створення нових компоошрйних матер)ал1в 1 агато 1нших. Принциповим для основно? ылькоеп цих нових використань е исока монодисперсн]сть ансамбл!в часток, як1 використовуються. Для вха-аних та багатьох ¡нших використань е актуальною оадачею рооширення ¡с-[уючого класу речовин в монодисперсному сташ, особливо меташв о пом1р-гаю (Тая > 1000°С) та шдвшценою (Тша > 3000°С) тугоплавюстю, осыльки ихористання лише монодисперсних систем ю металле (Ти > 1000 - 3000°С) .ооволяе вир1шити певн] оадая!, налриклад: КТС, утворення класу вових 1атериалпв та ¡нше. Особливо важливим та актуапьним е вмшня обмзркова-[о керувати фюико-х!м1чними параметрами (pooмip, фаоовий 1 структурний клад, оаряд, температура, тощо) часток, що утворюють монодисперсну сис-~ему.

Але до цього часу були вщсутш даш о певпоТ генераци монодисперсних [асток меташв о ТЕЗ > 1000 - 3000°С, особливо в кисневмктовних гаоах. Тактично не доапджувались фактора, що вионачають монодиспергування 1етал1в о шдвшценою тутоплавх1С?ю (в нейтралью та активш середовища); [роцеси, впливаюч1 на величини параметр1в фюико-хам^чних властивостей •триманих часток.

Метою роботи е роов!ток нового наукового напрямку, включаю чи роороб-;у тадосшдження проблем отримання (генерацп) меташво пом!рною 1 шдви-ценою тугоплавкктю (Г„ > 1000 - 3000°С) в гаяових (ажтивних, нейтраяь-1их) середовшцах в монодисперсному стан! о оаданими ф ¡о ико- х1 м1 чними па->аметрами (структура, склад, роом1р, оаряд, температура, тощо) часток «еталу, що диспергують, а також вивчення впливу тепломасообмшних та ¡лектрофгаичних процессе, ЯК1 супроводжують монодиспергування меташв, га характер 1 величину параметр!в отриманих монодисперсних часток.

Наукова новиона роботи мктить:

На шдстав'1 експериментальних та теоретичних дослщжень роороблено 1 )бгрунтовано можлииост! використання методу оастиглого струменю (МЗС)

як оасобу (а.с. N 1629160, а.с. N 1627327) генерацп монодисперсних кра-плин метал5в о пошрною та шдвшценою тугоплавыстю о заданный фгаико-Х]ы1чними властивостями.

Виконано експериментальш доандження величина 5 онаку оаряду шд час ем1С1Йно'] оарядки холодних (фотоемгая) та гарячнх (термоем5ая) монодисперсних частинок рюних речовин (роочинн ЩО, метали) при Тх пересуванш в пов^три Покапано, що величина та онак оаряду можуть ом1нюватися оа часом та оалежать: а) для холодних частияок - в5д величини 1 онаку початко-вого оаряду частники та вщ величини роботи виходу 1 квантового в входу; б) для гарячих частинок - в!д величини початковоТ температуря частки 1 величини роботи виходу, а тахож вщ наявност1 або вщсутносп конденсировано'! дисперсно! фаои б1ля термоем1туючоТ частки та величини роботи виходу кон-денсованоТ фаои.

Запропоновано роорахункову схему, що дооволила отримати о точки оор> единих методолопчних пооиций р'тняння емк)йноТ оарядки поодиноко')' хо-лодно1 (фотоем!с1я) и гарячо/ (термоемк^я) частники, що пересуваеться б шштрц та вионачити оалежшсть величини емкшного струму о холодноУ тг гарячоТ частин В1Д величини п оаряду в облает! негативних та пооитивню оарядав частинок. При виведенш р1вняння використовувався метод межово' сфери, при якоыу враховувалося утворення в пов^трь що оточус частнику негативних юшв кисню О^ та частковому пружньому роосшванню поток} емкшних електрошв молекулами аооту.

Отримано аиалит!чне ршення ршняння емкшноТ оарядки холодно1 (фото емшя) та гарячоТ (термоем!ая) частники. Вионачено величину п оаряду дш випадюв: а) паявшеть конденсовано? фаои навколо частники; б) В1дсутшст1 конденсованоТ фаои.

Виконано експериментальш доатдження омшення температури високотем пературних монодисперсних частинок (ВМЧ) метал1в шд час 1'х седо мент ац1 в пов1тр! та нейтральних (Лг, Не) гаоах. Виявлено, що в початковий перю, часу ход температурнихоалежностей в активному та нейтральному гаоовом; середовшщ об!гаеться; в пов1тряному середовшщ черео час тр, характерно му для кожного конкретного металу, спостер1гаються температурш стрибкн Покаоано, що оа об1Г температурних оалежностей в початковий момент час; в активному та нейтральному гаоових середовищах, а також оа температуре стрибки, що спостер1гаються в шштр!, в1дпов1дае процесс поглинення кисни об'смом ВМЧ метаипв.

Експериментальш покаоано, що величина та онак термоем1с1йного оаряд ВМЧ метал!в впливае на процес поглинення кисню в об'емд частинок.

В^дпрацьовано методики, як5 дооволяють вионачати кшьысть кисню, щ

оглинений в об'ем] частники; час, оа яхий одшснюеться поглинеиня киска в об'еш части; коефвдент дифуоа кисшо в металах в новому диалаоош исоких температур.

Доопджено характерна види воаемодн ВМЧ метал1В о шдложками, що ма-1ть piorn коеф^щенти теплопров1Дность Выявлено можливкть трьох вщцв заемодй*: 1 - вщскок, 2 - вварювання, 3 - прилипания. Вшзначено види де-ект1в, яи о'являються на р'юних шдпожках при ix воаемодп о ВМЧ метал1в. оораховано критерш прилипания ВМЧ метаюв до шдложек.

Покапано невщповщшсть описування швидкоеп седиментацй ВМЧ в хо-эдному газовому середовшш оа допомогою оалежностей, що ¡снують на цей ас. Запропоновано емшричш поправки до формули Клячко для опису швид-эси седиментацй ВМЧ в холодних гапах.

Експериментально покаоана можливкть аморф'юацп монодисперсних ча-тинок меташв в диалаоош pooMipiü ~ Ю-4 м та створення на ix основ! про-овжених аморфюировангос ораоыв метаопв. Покаоана можливють "оаморо-сення" raoiB (кисню) а oö'eui частинок, що приводить до omihh ix ф!оико-1М1Чних властивостей.

На оахист виносятьсд методики експериментальних досшджень та реоуль-ати досшджень характеристик процеав монодиспергування, тешюобм^нних електрофшичних, яп е характерними при воасмодп ВМЧ MeTaniß о гаоовими а конденсованими середовшцами, а також положения, яке сформульовано в опередньому пунктк

Практична цшшсть. Отримаш даш по характеристикам процесу моно-испергування меташв МЗС е початковою ¡нформащ'ею для утворення: при-троУв, ях1 генерують потн монодисперсних часток метал1В io оаданими фгои-o-xiMi4HHMH властивостями; систем автоматиоированих технолопчних ком-лекав по отриманню i переробщ метал5в в монодисперсному сташ; техно-огш виробнидтва компооищйних та аморфних материалов на основ*! моно-исперсних поропшв io ргономаштних метал1в; технолопчний КТС ¡мпульс-ого типу та ¡нш.

Побудовано фгаичну модель та отримано експериментальн) реоультати eMi-¡йно1 (фото- i TepMoeMiciйноУ) зарядки аерооольних частинок, як! е науковою аоою для опису ем]сшноТ оарядки радюактивних аерооолей, що дооволяе опиат и еколопчну чистоту оон о радюактивними викидами.

Практичне оначення виконаноУ роботи шдтверджуется УУ постшною шд-римкою: спочатку о боку НВО "Тайфун" (м. Обшнск) в межах госпдо-ов1рних тем ("iHepqi*", "Мпман", 01.02.795), noTiM MiHicTepcTBOM осв1ти 'краУви - госбюджетна тема (N 655) та доючи в сучасний момент госбюд-<етш теми N 705 i N 742.

Апробащя роботи. Матер1али дисертацшноУ робота допов1далися та обго-ворювалися на XIV Всесоюошй конференци "Актуальш питания ф'гаики ае-родисперсних систем" - Одеса (1986,1989,1993 г.г.); Всесоюошй конференцн о атмосфершй електрищ - Т^рту, 1986 г.; Всесоюошй конференц)1 о фюихи та техшки монодисперсних систем - Москва (1988 и 1991 г.г.); ввросейськш аерооольнш конференцн - Карлсруе, ФРН, 1991 г.; М'шнароднш конферен-ц]У о МГД процесш в охорош навколишнього середовшца - Кюв, 1992 г.; на ВсеукраУнськш конференц^У "Проблеми горшая, баяистики та мехашки сш-вударення - Кшв (1994 г.) та Одеса (1996 г.).

Публ1кацп та участь автора в одержана наукових результат. За материалам! дисертащУ опублковано понад 68 друкованих робот, викладених в дисертацп. При шдготовщ дисерташУ вияористовувались одеб'шьшого ма-тер1али автора, а також статт1, надруковат в сшвавторств1, Основоположш реоультати доипджень отримад] та викладеш особисто автором. В роботах оа темою дисертацл, написаних у сшвавторств!, авторов! належить: форму-лювання основних 5дей, постановка задач, схеми експеримент!В 1 роорахушпв, аналш основних реоультат!в.

Структура та об'ем дисертад!!. Дисертавдя складаеться ¡о вступу, трьох частик, ях! мктять в соб*1 8 роодшв, висновк!в, списку л^тератури. В робот! 323 сторшки, 71 малюнок, 9 таблиць, б1блюграфш включае 215 найменувань.

ОМ1СТ РОБОТИ

У встуш обгруитована актуальность та практична щнтсть роботи, и на-укова новизна, сформульовано задач! дослщження. Показано, що для реал1-оацн ряду науково-техшчних оавдань необх1дно вихористання металпв пошр-ноУ та шдвшцено1 тугоплавкост1 (Тт > 1000 - 3000°С) в монодисперсному сташ о оаданими фгоико-хамНними властивостями.

Тому для доапдження проблем отримання мeтaлiв в монодисперсному ста-ш о оаданими фгаиш-хзкйчними властивостями було поставлено апдуюч! задач!: а) рооробка метод!в монодиспергування метал!в помирноУ та шдвшце-ноУ тутоплавкост-! (о можливктю диспергування в середовищ, що мостить кисень), б) досл|дження електроф^оичних процесш, характерних для моно-диспергування метал1В, ) Ух вплив на ф!зико-хш!чш властивосп отриманш частинок; в) досшджеяня теплоф!зичних процеав, що супроводжують процес монодиспергування, та Ух вплив на властивост] сформованих монодисперснш частинок.

В перппй частиш роботи, що складаеться о чотирьох роодшв, роогяя-даються проблеми монодиспергування меташв пошрноУ та шдвшценоУ тугоплавкости (Гда, > 1000 - 3000°С) в середовищ, що мютить кисень.

В першому роодш проведено о г ляд лзтератури о процеав диспергування :ташв в шштрк Рооглянуто фюичт та им1чш метода отримання порош-в 1 мкрогранул, о яких видшено найбшьш перспективш (наприклад, оа дорогою дугового рооряду). Проведено аяалю формування величин сил, що [рияють генерацИ краплин металу шд вшшвом електродугового рооряду. Другий роодш присвячений обгрунтуванню можливост1 реалюащУ пропо-геыого процесу монодиспергування мет ал] в пом]рноУ та шдвшценоУ туго-[авкост] в ахтивних гаоових середовищах методом оастиглого струму (МОС). втор ставив оадачу рооробити простий в техшчнш реалшащУ 1 малоенер-1емхий метод, пов'яоувуючи найбшьш В1Дом1 умови для диспергування ре->вин, яхий дсгаволяе монодиспергувати метали о шдвшценою температурою 1авл1ння. На шдстав] огляду, оробленого в першому роодш, до необх^дних юв монодиспергування речовин в твердий фаш, можливо в5днести: висохо-гмпературний прогрев, оа допомогою якого речовина переходить до р1дин-м фаои; формування рщкого струменю речовини; оргашоацш сили, яка ,ще V р*1дкий струмень речовини 1 роодр'|бпюе и на краплини. Якщо брати до )аги перел!чеш умови, було оапропоновано процес монодиспергування ме-шв МОС, при якому слочатку виробляеться твердий (оастиглий) струм!нь гчовини (металу о Я ~ (10 -г 1000) • 10"*в м). Пот!м торець цього струме-а роо1гр!ваемо концентрованим потоком енерги (КПЕ) та рооплавляемо УУ нець, при цьому певна рщха частина струменю обирасться в краплину оав-1хи кашлярним силам. Впливаючи в потр^бну мить на р5дку краплину оов-¡шньою силою, ми викликаемо и в1дрив вщ твердоУ частини струмешо. По-горююч1 вишеперел5чеш операщУ о иеобх1ДНОю аершдичшстю, виклихаемо ¡неращю монодисперсних краплин диспергруемо'У речовини (металу). Сл1д доначити, що до КПЕ можно В1днести потоки юшв, електрошв, плаомав'1 1 гаооплаомов! струмеш, лаоерне випр0м1нювання, тощо; при цьому вони ожуть бути постшними чи шпульсними величинами. Снли, що вихлика-ть в1дрив краплини, також можуть бути постдйними або перюдичними, в 1лежност5 вщ реалиоуемоУ схеми монодиспергування МЗС, та мати рюну шичну природу (електричну, механичну, тощо). Дал], при обгрунтуван-1 можливост! реалюащТ монодиспергування меташв по МЗС та технолопч-ост» цього оасобу, оцшювапися аидуючи величини: 1) величина тер мшу рогр1ву лохальноУ облает] металевого "струму" до температури плавлшня ¡д впливом КПЕ; 2) величина термшу утворення краплини; 3) величина сии, що утримуе краплину; 4) величина деяких сил, що дооволяють ввдрвати раплину.

При вионаченш термину прогреву металевого струменю до температури лавлшня рооглядався твердий струмшь оадано/ довжини 1 дааметру, один о

хшцзв якого контактуе о масивним тшом, який мае велику теплопров]дшсть 3 локальною областю другого кшдя воаемодк КПЕ. Р'шнякня теплового ба лансу для щеУ схеми мае вигляд:

Де т, с„, Т - маса частники металу, яка нагр'таеться, йога теплоемшеть

Т«МП(?ПЯ.ТУПЯ П1ПППВ1ППП' <Ь — ТйППППЯЙ ППТ1«: И1П ПЖРПРПЯ ТСТТР,' ОО-}

пот5к, обумовлений тешюпров*1дшстю крюь поперечний перер'ю металевогс струменю.

Шсля оцшки кожного члену р'шняння (1), вионачимо час, необхщний дш нагр!ва металевого струменю до температури плавл1ння, Так, наприклад при Ф = 200 Вт для м]дного струменю (процес нагр'ту е адоабатнчним) = 3,4 • Ю-2 с; для струменю вольфраму (в цьому випадку важливим е факто| рад]ац]йного тепловщводу) („ ~ 0,86 с;. Для аналюуемих приклздв величин; терм!ну утворення краплини «С .

Пр1 проведенш оценок сил, як) впливають на краплнну, рооглядали сад] поверхньового натягу яка утрнмуе краплину, та ряд сил, що в!дрива ють краллину, яы можуть о'являтися прн реалюацн рюних схем монодиспер гування металле по МЗС. Проведен) оцшки покаоали реальшеть утворенш умов, при яких в1дриваюч) краплину сили оначно перевищують сили поверх ньового натягу. До таких сил можна в*1днести: електродинам!чш, шерщиш гаоодинам1чш, тосцо. Таким чином було показано реальтсть органшащ? мо нодиспергування металзв пом1рно1 та шдвшценоУ тугоплавыст! по МЗС. Дал були ороблею спроби реадюахш процесу монодиспергуваная металл в на бая вищенаведених нринцишв МЗС.

Так, в третьому роодш рооглядаеться монодиспергування метал^в М3( гапоплаомовим потоком. Особл^вктю цього методу монодиспергування ме талав е те, що як джерело КПЕ, який утворюс локальну високотемпературн; оону, використовуеться гаооплаомовий (або плаомовий) пот«. Силою, як; вшгавае на дисоергування крашган, е гаоодинашчна сила напору гаооплаомо вого факелу. Процес яккно проходить апдуючим чином. Вшпдний стержне вий материал беоперервно податься го швидыстю VI до високотемпературнс облает! плаомового факелу, де вщ отримуе деяку кшьысть тепла, що витра чуеться на нагрев та плавл1ння. Шсля плавлшня металу рооплав оа рахуно кашлярних сил обираеться в краплину 1 утримуеться на кшщ стержневог<

атер^алу. Одночасно на краплину (по шр] п об]Лынення) впливають оро-гакга гравггафйш та аеродинашчш силн гаооплаомового факелу, 1 коли сума : величин стае бшыпе величини кашлярних сил, краплина вщриваеться вщ ндя стержня. При перев1рщ отримання монодисперсних краплин метал в :5дно о приведеною схемою необх5дне точне сшвв1дношення ряду параметр'ш роцесу диспергування, таких як швидккть подач] стержня в оалежости вщ аметру, теплопров1дтсть його матер!алу, температура, пхвидккть плапми факел!, тощо. Для о'ясування воаемоо'вязку величин цих параметров та IX зливу на продес монодиспергування роогдядалась задача теплопереносу вщ груменю факела до поверхш цил1ндричного стержня. При цьому врахову-игася два в иди теплообшну - конвективний та радаацшний. 1нтегральний этш тепла до щеУ дшянхи цилиндра мае вигляд:

<? = а^Т - Тая) + <7£1£2(Г4 - 7^)5. (2)

Для вионачення масовоУ швидкасп плавл1ння кшця стержня також роо-шдався теплоперешс вщ стержню в навколишне середовшце о урахуванням [льноУ конвекци та радоаци. Шсля того, як було вионачено сумарний пот1К епла вщ стержню та рооглянуто р1вняння теплового балансу для плавлшня гержню, що просувався кркзь нерухомий фронт фаоового переходу о постш-эй швидыстю С? = рЬпггу\ + С?3) була отримана в явному видц оалежшсть видкосп просування стержню вщ його ф!аико-х1м1чних параметра та те-пово! потужност1 <3 оовшшнього джерела:

[2Ь + (Тм - Т01)с?}С} Гял - Го.

2тг1г2р(£ + (Г„ - Т01)ср] 2*Ьг*р ' 1 '

К =

\

сЮ* + + (Т„ - Г01)ср

[Ь + (Т„ - Го«)ср|»

* Ь - теплота плавлшня; Тяп,Тог - температура плавлшня навколишнього зредовшца, ср - теплоемшсть; г - радиус стержня; р - густина; а - коефщ1ент еплов!ддачи; А - хоефвдснт теплопровщност!; - потш тепла вщ стержня.

В таблиц! приведен! деяк! оначення С? и «1 для мщнихстержшвтаструменю акелу о и = 10 м/с I Т = 2273 К.

г, 10"4 м Я, Вт VI, Ю-2 м/с

1,4 1,90 2,02

1,2 1,57 2,57

0,7 0,80 5,28

Реалгауючи параметра процесу диспергування, що випливають го (3), провели експериментальне вивчення генерацп краплин меташв. При цьому ви-користовувалась швидккна кшокамера СКС-1М. Доопди виконувались о ме-талами Си, Мо, IV. Аналю швидк]'сних хшограм покапав наявшсть трьох режим!в диспергувадня стержневих металдв. Так, наприклад, для М)д1 в пер-шому режим], коли швидость плаомового факелу V < 10 м/с, аеродиналичш сили оиачно менше, шж кашлярш (рис.1), а грав^ащйт (при г = 6,7 • 10~4 м) мають таку ж величину, що i поверхш сили, тому в5дрив краплин в5дбу-ваеться оа рахунок грав]тац5]. В другому режим! (при швидкостях потоку V ~ 17 — 23 м/с) аеродинам1чш та грав1тац5йш сили досягають оначень сили поверхневого натягу при г = (6,5 — 7,0) • 10~4 м, але в дшсност1 краплини, що генеруготься, мають оначно менший роошр. Це оумовлено д!ею ряду причин, тому що на краплини, яы формуються для генерацп, впливають ршномаштт фактори (температура, швидюсть, тощо) гапоплаомового потоку, що, в свою чергу, приводить до виникнення ряду оовюшних сил, дтчих на неТ. Авалю покаоуе реальшсть присутносп слщуючих додаткових факторЬ: 1) Виникнення реоонансшл роокачки властивих коливань краплини при Ух об1Гов-1 о частотою оовтшшх вплив1в. Оскшьки швидюсть потоку и ~ 5 — 20 м/с, а Ее ~ 5 • 102 - 5 • 103, то можливе виникнення стшких ланцюжов Кармана. При об]гов1 частота вихр1в о власною частотою краплини вона вццрветь-ся вщ к^нця стержня. 2) Виникнення реоонансу власиих коливань "консол!" (стержня) о крашганою о частотою впливу, що виникае черео перемещения К1нця "консол^ (стержня) в градкнт! поля температур факелу. 3) Виникнення коливань в певному диапапош частот 5 амшптуд, що викликае появу шерщйних сил (роодш 2), як1 шЩюють в!дрив краплини.

Приведен] м1ркування шдтверждуються вим]рювальним анашоом швидюс-них кшограм 1 роорахунковими оцшками цих процеав. В третьому режим! генерацн, при швидкосп V > 27 м/с, об!ЯЬшеш аеродинам^чш сили, одавало-ся, повннш були б привести до оменшення роом!р!в мкрогранул, як! отриму-ються. Але в дшсности вщбуваеться об]Лыиення роом]ру частинок. Це викли-кано оростом к!лькост1 тепла, що передаеться теплоноаем в одиницю часу стержню, що диспергуеться, бо каефщкнт теплов1ддачи а = /(Яе,Рг), що приводить до штенсивного прогреву велико! довжини стержня та оменшення в'яокост! матер]алу на ц5й довжиш. Аеродинам!чш сили, що впливають на крашгану та стерень, огинають стержень ¡о сформованою на його кшц1 кра-плинаю, що веде до и видриву. Тобто, видриваеться певна частина стержню о крашшною, яка! огортаеться в краплину б1Лыиого роом]ру (рис.2). Проведет доаидження виявили причини, як1 викликають в!дрив краплин 1 дсюво-ляють конкретиоувати та оптишоувати ироцес монодиспергування метал! в

ЗС оа допомогою гаооплаомового струменю.

В четвертому роод1д1 рооглядаеться монодиспергування меташв МЗС в ¡м-гльсному роорядь Особливктю цього процесу е те, що як джерело КПЕ, :е утворюе локальну високотемпературну оону, використовуеться ¡мпульс-ш дуговий рооряд, обуджений ¡мпульсшш джерелом струму. При цьому дбуваеться локальний роо1гр!в металу й виникае ряд сил (шнч-ефект,'елек-эовий тиск, тощо), лк1 сприяють вщриву сформовано'1 краллини. Для отри-ання монодисперсних частин метал!в формувалися перюдичнд рооряди м1ж ютом ("оастиглим струменем"), який пост-1Йно подавався в робочу оону, 1 неплавяючим електродом. В результат] впливу рооряду на торець дро-/ вщбуваеться його оплавления, формування 1 в1дрив краллини. Для того, об краллини, яы отримуються, повторювали своУ роом1ри (Л), в кожному шульсному рооряд], в першу чергу, необхщно повторювати воаемну гео-етр5ю роотап1ування електродов, тобто оа час, дор5втоючий пер5оду про-здження роорядних ]мпульс]в (Г), дрот повинен перемщатися на вщставь = 4/^/(3г2) (г - ра/цус дроту). В цьому випадку об'ем сформовано/ кра-пини дор]внюе об'ему дроту, який було введено в робочу оону ] оплавлено, ицо тривал]сть роорядних ¡мпульс]в I -С Т, то можливо використити бео-ерервну подачу плавлючогося електроду ¡о швидк]стю и = 4Д3/(ЗТг2). Така сема була реагаоована в експериментальних досл]дженнях монодиспергуван-я меташв пом1рно] та швшцено] тугоплавкое^ (Си, Ге, Мо, IV, N1, тощо) в 1тивних (пов]тря) та нейтральних (Лг, N2, Не) середовшцах. Блок подач] атрачаемого електроду ] неплавлючогося електроду, як\ утворювали елек-родний блок (рис.3), шдключалися до джерела струму рооряду та формува-а оапускаюючий рооряд високовольтного ]'мпульсу. Формуючий блок кому-овався о блоком анхрошоацп, який о'еднувався о блоком подач]. Джерело ;ивлення оабеспечувало вих]д потужшетю ~ 1кВт в ¡мпульа тривал'ютю до 30 мс. При цьому струм в рооряд1 вариювався вщ 25 А до 120 А, а напруга вщ 1 В до 20 В. В ход] експерименту блок подач] доставляв електрод, який давиться, в область формування рооряду. При цьому о блоку анхроншаци оступав оапускаючий ¡мпульс на вх^д блоку, який формуе високовольтний лпульс (и ~ 2 - 3 кВт, т ~ 1 — 3 икс). Останнш формував на бао] бло-у живлення ниоьковольтний сильнострумовий дуговой рооряд - КПЕ. Дал] ивчалися процеси, що супроводжуються утворенням краплин та Ух оалеж-¡сть в1д умов обуджуючого рооряду. При цьому використовувались СЛ-1ДУЮЧ1 [етодети: виэуал5оац]я процесу утворення краплин оа допомогою швидосно'Г шоо'ьомки та осцилографування струму рооряду, а також по стада йноТ фо-оо'ьомки; вим]рювання швидкост1 руху краплин оа допомогою фотоо'ьомки ршь обтюратор; вим!рювалня температур краплин оа допомогою ярюсно-

го шрометрнтного датчику. Отримаш доапдш реоультати покапали, що на стабшьшсть генерацн краплин в импульсному роорядо впливае конф1гурацш електродного блоку. Ткк (рис.3), при кутах 45° < <р < 105° и Н < 250 мки величина К = и// (/ - частота перюдичносп роорядних ¡мпульав, V - частота крашшноутворення) починае р'гако вцфтняться В1Д одинищ (рис.4).

Було встановлено, що в оалежност! В1Д вольтамперних характеристик (ВАХ) джерел живлення ¡снують два режиму формування краплин. Перший режим реалюуеться при величинах ВАХ, яы о находиться в межах 25А < Т < 40А, 4В < II < 16В; при цьому тривалкть импульсного рооряду була г ~ 30 -100 мс. При цьому режим! роботи генератора процес утворення краплин формуеться подебним чином неоалежно в1д полярносп рооряду, початков1 температури отриманих краплин вщаовщають температурам плавл^ння вщ-пов^дних метал1в. Проведеш оцшк! та Ух пор1вняння о експериментальними данями свадчать про можливкть описати в!дрив краплин в рао] домшуючого впливу сил шнч-ефекту. Другнй режим монодиспергування краплин метал1в реалюуеться при величинах ВАХ джерела живлення в межах 50А < X < 120А, 1В < и < 4В; при цьому тривалкть импульсного рооряду булат ~ 30—100 мс, а величина м^желектродноУ вщеташ Н < 3 • 10_ч м. В другому режим! диспер-гувалня реалюуеться лише тоде, коли еяектрод, що плавиться, е анодом. При цьому початкова температура утворених краплин ом^нюеться в широкому диапаоош, та Ух величина корелюе ¡о омшенням роошру частинок 1 величиною роорядного струму. Початкова швидккть утворення кралллн ~ 1 м/с. Аналю дисперсного складу диспергуемих частинок, як! отримуються в другому режим1, покаоав покращення стуненю Ух монодисперсност! у пор1внянш а першим режимом (рис.5). Опис в5дриву краллини в друтому режима можли-вий черео силу електроного тиску, оскшьки ця сила оалежить в5д полярност: рооряду.

В подальшому будувалась феноменолопчна модель процесу формуванш краплин г ¡мпульсному рооряд] та вионачались основш параметри, що в5д повадають оа процес монодиспергування. При цьому рооглядались дв! сторо-ни процесу - енергетичний та силовий. При анапЫ першоУ га них рооглядава теплообмш, який оабеопечуе прогрш I рооплавления краллини, а для анал^оз ¡ншоУ треба було вивчати с или, д]юч! на оростаяня краллини 1 ях1 оумовлю ють и в!дрив. Беоперечно, ¡снуе воаемо'овяоок м1ж вкаоаними сторонам! процесу, бо величнни сил оалежать вщ температур и та роом'фу краллини, а У положения оумовлюе особлнвосп теплообмену. Однак, вважаеться дощльнш, попередне рооглядання рооплавлення та роокр^ву краллини, яйцо досягнут< уогодження швидкост1 и росту та омшення температури о даними, отрима ними в хода експеримент1в, а пот!М ввести в аналю сили, як\ впливають н<

;рашшну, та рооглянути повод) нку система в целому.

В ход! ехсперимент1в вионачено процес, яхий схладасться io двох еташв, [юрмування краллини, що i було введено в модель утворення краплнни: на гершому еташ вщбуваеться рооплавленая в1льно] частини дроту (вшпт), на другому - оростання та дальшше нагр1вання сформованоУ краллини. При юогляд! теплових процес!в на першому еташ формування краллини голов* юк> оадачею рсюрахунюв е вионачення poouipie i температури краллини в ;imji цього етапу та триватсть процесу утворення такоУ краллини. Система нвнянь, виражаючих обереження маси металу, балансу енерпУ, яка посту-iae в!д рооряду та перерооподоляеться в краплиш i вводиться в холодну гастину дроту, а також р1вняння, що вздображуе умову нерухомост! фронту шавл!ння, вир!шувалась численно. Роо глянувши теплов) процеси на другом ¡тал! формування краллини, роораховано opicT температури та роошру кра-шини оа малий видр1оок часу dt, при цьому до уваги бралися трати тепла на (ипромшювання. Отримаш на ochobí тепловоУ модел1 даш пор1внювалися о ¡кспериментальними. Залежноси температури та poouipy краллини вщ ча-:у щлхом оадоволъно уогоджуються (рис.6). Дал1 рооглядалося формування »дрива краллини шд впливом сил новерхневого натягу, сили шнч-офекту та :или електроного тиску. Умовою в]'дрива краллини вважався момент, коли мвнодоюча суми сил буде скерована оа меж! поверхш, на якш вщбувасть-.я "контакт" цил!ндру та краллини, яка формуеться. Числов! роорахунки 1роводилися !о урахуванням перел!чених сил, а також омшення д!аметру та температури краллин на кожньому Kpoqi часу. Реоультати роорахутпв та :кспериментальш дан! стверджували можлив!сть реалюащУ параметр'ш i ре-ким!в роботи генератору, що монодиспергуе метали пом!рноУ та шдвшценоУ гугоплавкост! в активних (киснемистящих) j нейтральних середовшцах.

Друга частина роботи схладасться io двох роодшв i присвячена роогляду :лектрофюичних процеав, характерних при монодиспергуванн! метал!в се-эедньоУ та шдвшценоУ тугоплавкости в noeiTpi. Ц1 процеси дуже важлив1, бо юни впливають на величини оаряд!в та фюико-х1м!чш параметра отриманих 1астинок. Це с актуальним, тому що дооволяе керувати потоком оаряджених доаодисперспих частинок оа допомогою електричних пол1в, а також впливати ia i'x властивост! внаслодок перенесению ¡онюованих молекул навколишнього :ередовшца на поверхню i в об'ем частинок, що е перспективним для реал1-jaqi'i утворення нових матер!ал!в та технологш.

Треба bíaímthth наявшсть багатьох oacoóie нанесения оаряд1в на частники (контактний, !оне оарядження), але шд час монодиспергування меташв j Тал > 1000°С найбшып природшм та перспективним процесом е процес jMiciiraoro оарядження частинок. Шд ем!с!йним оарядженням рооум!еть-

ся роодшення оарядов в частинщ речовини внаондок оовшпгаього електро-магштного випром]нювання (оовшшнш фотоефект) та температура (термо-ешая). Слщ вдоначити велику сшльшсть фюичних процеав при фото- та термоемкшнш оарядщ частинок - вих]д електрошв о noeepxHi частинок в оалежност5 вщ роботи виходу речовини i ступеню впливу оовшпгаих фак-TopiB (електромагттне випром1нювання, температура). Але вивчення про-цесу термоемлайного оарядженпя в raoi бшьш складне, тому що цотр*1бен контроль оа температурами частинки та гаоу, над параметрами процеав випаровування та конденсащ!, урахування температурноУ оалежност! роботи виходу, тощо. В о'вяоку о цим в робот-! була ороблена спроба поетапно-го досшдження емшйноУ оарядки поодинокоУ аерооольно'У частники. Спершу проводилися експериментальш та теоретичш доопдження "холодно'Г емюй-ноУоарядки, кош !TWт. = Т0.с., a hotim, набао! отриманих даних, проводилось вивчення термоем1сшноТ оарядки частники в noBiTpi, коли Тчясг, Т0.с..

В п'ятому роодш приведено реоультати доандження фотоем5айноУ оарядки поодинокоУ сферичноУ частинки в noeiTpi шд впливом ультрафиолетового випромшювання, холи = Т0.с, • Покапано, що для о'ясувалня фгоичного мехашому "холодно'Г фотоем1сшноУ оарядки поодинокоУ краплини експериментальш дослщження доцшьно проводити, коли А\ > fit/, hu > А„ г <к: ic. Тут А; - робота ганюацп гаоу; hu - енерпя квант1в, воаемодшчих о речо-виною; А„ - робота виходу електрону; г - радиус краплини; 1С - вщстань М1Ж окремими краплинами. Ц1 умови свидчать, що компоненти пов)тря не е фотоактивними i пооитивш *юни вщсутн). В ¡деталь М1Ж суадшми краплина-ми досить велика, i тому впливом електростатичного поля суадтх краллин на оарядку окремоУ краплини можна онехтувати. U,i умови реалюувалися на установц], що склад ал ась io кювети, яка була електростатичним ехраном. В верхнш частит кювети онаходився генератор монодисперсних краплнн (на ochobi в1бруючоУ голки). Змшення початкового оаряду (до оасв1Тлення) краллин проводилося оа допомогою джерела постшно варТруемоУ напруги, о'едяаного о генератором краллин. В нижней частиш кювети онаходився цил1ндр Фарадея, який уловлював краплини. Струм, внникаючий оавдяки крашшнам, посилювався та фюсувався вширювачем струму (електрометрич-ний вольтметр ВК2-16). Отримаш краллини cxpiob eixHo io светоф1льтром, яке можна було оакривати шторкою, опромшювались джерелом ультрафиолетового (УФ) випр0м1нювання - ксенонова лампа ДКсШ-500. Параметра потоку УФ-випром]нювання водирювались актинометром АТ-50. Струмень краллин, утворених генератором, попадав на вим1рюючий електрод цилш-дру Фарадея та виклихав появу струму Jt. Знаючи кшьысть краплин ft, ЯК1 оа 1 сек попадають в ресстратор струму, можна вионачати величин}

очаткового (до засв1тдення) заряду поодинокоУ крашгани = Л//*. Вщ-риваючи шторку, утворювали в кюветш (перпендикулярно седоментацшнш а краллин) поток УФ-випрошнювання. Краплина, прол!таючи кршь оону асв!тлення довжиною ом!нюе свш оаряд оавдяки фотоешаУ о и поверх-¡, шсля чого и оаряд онову ф^хсуеться. Знаючи величину початкового (до асв1тлювання) та н'нцевого (ш'сля оасв!'тлювання) зарядов краплин, ви-аачимо омшення оаряду, викликаний фотоем1с1ею: А<Э = — £?ж- В хода &сперимент!в вихористовувались водят роочини барвшшв трифешлмета-ового ряду о масовою концентращею 0,5% та в!домими величинами роботи иходу. На рис.7 приведено характерш крив1 фотаем!сшноУ зарядки краплин обласи 'и негатиних та пооитивних початкових зарядов. Дал! будувалась модель, яка описувала холодну фотоем!айну оарядку ча-гинки в поверь При цьому використовувався метод межовоУ сфери. Ча-тинка оточувалась сферой, яка онаходилась вщ п поверхш на в!дстаю I, що ор1внюе середньому значению величини довжини в1льного проб1гу негатив-ого ¡она кисню та електрону. Прост!р М1Ж поверхнею частинки 1 сферою важався кшетичною зоною, осильки припускалася вщсуттсть воаемоо1т-нень ¡ошв кисню О^ та електрошв при Ух рус1 в ц!й оош. Електрони, що осягли межову сферу, при воаемодоУ о молекулами О2 утворювали я\ по-а межовою сферою фоторуйнувалися в5д воаемодГУ о УФ-виромшюванням. [раховувався той факт, що частина ¡ошв О^ та електрон!в, як! воаемодояли молекулами аооту, повертаеться до поверхш частинки. Перешс оаряду вщ оверхш частинки в об'ем являе собою дифуош електрошв, яка вщбувасть-я в кулошвському пол! частинки. В результат! ршення дифуо1йно'1 задач! тримано вирао для фотоем5сшного струму о поверхш негативно оаряженоУ астинки:

.7 =_, -п-, (4)

тг» [д0- - т)\ со {1 - ехр 5с)еоГ

+ <Эи

е С} - оаряд частинки, г - 11 рада ус, ¿Го - величина фотоструму насичення, ~ функщя величини негативного оаряду частинки, який визначае вплив >озс!яння потоку електрошв молекулами ахзоту на межовш сфер!, и0- - серед-1Я швидк!сть ¡ошв кисню О^, Ф(ф) - функщя величини негативного оаряду [астинки, що враховуе галъмування потоку ¡ошв О^ в и кулошвському пол-1, 1\0- рухошсть та коефвдент дифуз'и електрошв в5дпов'1дно, /(Де, 5с) -»¡тровий множник, враховуючий вплив руху середовшца на швидккть ди-эуошного переносу оаряду, е0 - електрична константа.

При виведенш вираоу для фотоемкшного струму о поверхш пооитивно оа-

u

ряжено']" частники враховувалось, що в облает} пооитивного оаряду F(Q) — 1 — (Ты? стае поснйною величиною, де <Тц, ~ половина ймов1рности о1ткнен-ня електрону, який випущено новерхнею частники, о молекулами аооту на межовш сфер! та V(Q) = 0. Фотоем1сшний струм о нейтрально'1 частинки онайдемо як межу вираоу (4) при Q —* 0. На рис.7 оображеш роорахунков! оалежноеп, отримаш на шдстав! виведених ртнянъ. Також були проведен) дослщження та отримаш анал1тичш решения р1внянь фотоем1айноТ оарядки частинки, яка рухаеться в noeiTpi при негативних та пооитивних величинах п оаряду. Ц1 ршняння були отриманиш (4) та вдаовщного вираоу для Q > 0: якщо представити величини фотоемзе)иного струму як швидкост! омшення оаряду частинки: J = dQ/dt. Результатами pinieHb ртнянь фотоем1ст-ноУ оарядки е оалежносТ1 оаряду частинки вщ тершну н перебування в оош оасв1 тленна. Пор'шняяня роорахункових та експернментальних реоультат1в покапало ix оадовшьну вщповщшеть.

Шостий роодш роботи присвячений вивченню термоем!С1Йно1 оарядки ви-сокотемпературних монодисперсних частинок (ВМЧ) метал!в, як! рухаються в noBtTpi. Оскшьки монодиспергування метал1в по Mi р hoi та шдвищеноТ туго-плавкост'1 методом МЗС е можлнвим о отриманням ВМЧ при температурах Т ~ 1100 -г 3600°С, то посл1дуючий ix pyx супроводжуеться термоем1с1ею електрошв, що i веде до виникнення оарядов на частниках, що генерують-ся. Як вкаоувалось рашше, прочее термоем1си в raoi подобен фотоем!С1Йному процесу о аерооольшн частинки ("холодна" emcix, = Т0.с,). 3 niei причини в поандуючнх досл1дженнях о термоемкшноУ оарядки використовува-лись модельш теоретичш уявлення, як! були роовинут1 в п'ятому роодол! при вивчент процесу фотоем^сшноУ оарядки аерооольноУ частинки.

Спочатку проводилося вивчення термоемкшно'] оарядки ВМЧ метал1в при уьов!, коли TtlCT. = Т0.с. та КДФ = 0 (КДФ - конденсована дисперсна фаоа, яка може утворюватися коло ВМЧ метал]в io-oa винарювання та конденсацй його молекул). Для цього використовувалась установка, яка складалась *ю га-ооплаомового генератору ВМЧ, онисаного в роодол! 3, мкрокалор]метра та цилиндра Фарадея. Генератор утворював ланцюжок частинок ВМЧ метал? (використовувалась мщь, бо потр5бно було реалюувати умову КДФ = 0), як! седментували в noeiTpi. Уловлюючи частинки в потр5бних координатах е м)крокалориметр1, вионачали ix температуру, а при седменцацп частинок е цил1ндр Фарадея реестрували ix оаряд. В подальшому проводилося моделю-вання процесу термоемисшо!' оарядки ВМЧ металу аналогично опису, даном} в роодш 5. Ргониця м!ститься в onaci потоку електроя5в, що оалишакт поверхвю частинки, - вихористовувади р1вняння Ричардсона-Дешмана та i урахуванш температур hoi оалежност1 коеф!Циенту дифуоп ¡ошв кисню вц

[ежевоУ сфери. Поровняння роорахунховнх та експерименальних реоультат!в риведено на рис.8 та покаоуе Ух оадов1льне уогодження.

Дат проводилися досшдження для Г1&сг. > Г0.с. та КДФ ^ 0, при цьому икористовувалась установка, яка склад ал ась 10 електродугового генератору роодш 4), системи вим!рювання температури краплин (роод. 4), апаратури дя фотореестрування трасктори руху ВМЧ (роод. 4), плоского електроста-ичного конденсатору, який схладаеться ¡о двох пластик роошром 1" 0,2 м, дя вишрювання оаряду ВМЧ. Сформована ВМЧ металу вштала у верти-ально роомощений електричний конденсатор, де, в оалежносп вщ величини онаку свого оаряду, В1дхилялась в бк електрод1в. Траектор1я УУ руху фото-ееструвалась одночасно о вим!рюванням 11 температури та швидкост!. При працьовуанн! траекторГУ руху ВМЧ меташв в пол! конденсатору використо-увався вирао, отриманий ¡о ршення ршняяня УУ руху, а пот1м вионачався аряд частинки в оалежност1 тд температури. Реоультати досл!д!в, прове-,ених о Си, IV, Мо, Та показан! на рнс.9.

Також було побудовано математнчну модель термоем!сшноУ оарядки, кои КДФ 0. При цьому спочатку було вионачено ряд параметр1в КДФ, ха оточус ВМЧ металу. Осюльки КДФ складаеться о ок1сл!в випарених юлекул метал!в 1 область Ух етабшьного ¡снування онаходиться в темпера-•урному пол! ВМЧ, де Т0.с. ~ Гр.0. (Тр.0. - температура роокладання окислу), о можливо вионачити вщстань вщ поверхн! частинки до ц!еУ ¡оотерми. При [ьому використовувався вирао, що описус оалежшсть температури Т в!д вщ-таш Д до точкового джерела о потужшстю тепловидшення д та рухаючогося

швидкктю и:

[е А та ае - теплопровщшсть та температуропровщшсть пов1тря В1дповщно. (онцентращя частинок КДФ вионачалась на шдстав1 аналюу експеримен-~альних даних, отриманих при фотореестрацп слццв ВМЧ на подложц!. При еоретичпому опису термоем!с!У о частипок КДФ використовувався метод 1ежовоУ сфери, описаний в роодш 5, та вионачався ¡нтегральний термо-м!сшний пот1к оаряду електрошв о поверхш частинки КДФ, що дор!внюс ивидкост! оростанпя м пооитивного оаряду:

^ = 4<ф^)ЛГ>ехр " (6)

(е г1Дф - рад1ус частинки КДФ; Т - температура середовшца; Ав '1 ДАа ->обота виходу о частинки КДФ та УУ оростання оа рахунок пооитивного

оаряду частники; v0- и п0- - швидость та концентращя ¡ошв кисню в об'еьп, яю утворюються при воаемоди термоелектрошв о молекулами кисню; F(Q) -коеф'|щент, що вионачас послабления потоку оаряду електрошв о частники КДФ оа рахунок Yx рооствання на молекулах аооту, п1д час чого частнна електрошв повертаеться на частнику (F(Q) = 0,645 4- 1). Io р'тняння (6) можна оробити висновок, що при dQ/dt = 0 концентращя ¡ошв кисню п0-

( кТ \1/2

була р!вноважна. Враховуючз, що vQ- = , отримали:

_4АТ2ехр(-^)

(Щ\112

{птп0-)

(7)

Формула (7) вионачас максимальну концентрацш ¡ошв О^ при дашй температур!. При роорахунку термшу релаксаци величини п0- в КДФ отримали т = (7ггкдф%-пкдф)-1- Для частинок мод т = 10~вс. Осюльки робота виходу окисшв метал!в Л2>в в цшому менше роботи виходу ¡о даного металу А[|В, то термоем1сшний оаряд частники, яка оточена КДФ, може бути негативною величиною (потдк електрошв о КДФ на частинку б'шьше, шж поток електрошв о частники). Тому ршняння термоем!сшноТ оарядки ВМЧ металу, яка оточена КДФ, рооглядали в обласп ТУ негативного оаряду:

^ = 4nr'n0-[v0- - Ф((?)]е - 47rr2F(Q)A7fexp (-Лх* k£Al'>)

(8)

Перший член р1вняння (8) вионачас величину потоку ¡ошв О^ о КДФ на по-верхню частники рад1усом г, другий член вионачас потк термоелектрошЕ о частники. Е[(}) - коефщ1снт, аналогичний даному в (6); ДА1,В - омень-шення роботи виходу оа рахунок ефекту Шотки. Вир1шуючи ршняння (8) вионачили оалежность величини ршноважного (dQ/dt=0) оаряду частинкЕ вщ п температури Т\. Для обласн негативного оаряду, 0 < С? < ег2/(4/2) отримали:

4^]ЬГ11п Т2еХР(-Л2,а//=Г2) 12

еЗ/2

F(Q)T?exp(-A^/kTi) _2

о:

Для негативного оаряду частинки, коли Q > ^р-, отримали:

Q =

F(Q)r?exp(-AbB/fcr,)

Г22 ехр(-А2,в/А:Г2)

1/2

+

re

1/2

21

(Ю

1

Ршення ртняння термоемкшноУ оарядхи частники, коли <3 < 0, покаоало, що термш релаксацп оаряду г ^ 10~в -г 10-7с. Мала величина г покаоуе, що при рус! в виьирювальному конденсатор! експериментальноУ установки в кожшй точщ траектори частинка вепгае сформувати ртноважний оаряд. При подобном аналЫ териоем'ю'и о частники, холи и оаряд С} > 0, отримали вирао для валежносп р1Вноважного оаряду вщ температури 7\:

е Т?ехр(-А2,,/кТ2) v '

Пор1вняння експериментальних та роорахункових результате покаоало 1х оадов1льне узгодження - рис.9. Стрибкоподобне омшення оаряду можливо пояснувати р1вшстю температури поверхш частинки Т\ та температури 7} КДФ, а також можливостю утворення окиапв метал1в на поверхш частинок, що веде до однахових величин робзт виходу А^, = А2)В.

1^етя частина дисертаци складаеться ¡о двох роодшв 5 присвячена те-плофтичним процесам, характерним при воаемодп ВМЧ металзв о р'гано-маштними гаоовимн та конденсованими середовшцами. Оскзльки при моно-диспергуванш метал^в о Та > 1000°С оа малий ¡нтервал часу утворюються ВМЧ, яы у кшцевому час! онаходяться в таловому середовипц, а пот!М всту-пають у воаемодда о конденсованим середовищем, то особливо важливим е роогляд тепломасообмшних процеов, ях1 виникають при цьому й активно впливають на формування фгоико-х1м!чних властивостей частинок.

В сьомому роодш проводится вивчення воаемодо ВМЧ метал]в (См, IV, Мо, Та та ¡шт) о гаоовими (киснемктячими та нейтральними) середовшца-ми. Доапди проводилися на установщ, схладенш го генератору монодисперс-них краплин (описаному в роодш 4), кювети (2Л = 10 см, Л = 100 см) ¡о оптичного кварцу, фотореестратору, оптичного пирометру, нерухомоГ шд-ложки. ВМЧ метал!в могли генеруватися в кювет], оаповненш пов1трям (або Аг чи Не), беопосередньо або на певши В1дсташ Я (якарегулювалась) вщ кювети. При прольот! частинок кршь кювету р1естрировались Ух температура, швидк1сть, фаоовий та структурний склад. Спочатку доапди, як! проводилися в пов1тр1, показали наявшсть характерних оалежностей температури в5д часу, аналопчних для рюних метал1В. Так, спочатку температура спадае до величини, типово! для кожного металу. Пот1М швидккть омшення температури ом1шпусться 1 при певши для кожного окремого металу температур! вщбуваеться стрибок температур. 1ншим вагомям результатом е наявшсть гаоу в середин] аналшуемих частинок цих метгипв, але термш Ух життя мо-же бути ршним. Гап було виявлено при вивченш м1кропшф1В цих частинок.

1 Х5м1чний та рентгенофаоовий анал!зи показали наявшсть кисню в Ух об'емь

IS

Для пояснения цього факту проводилвся досшдження воаемодп ВМЧ о нейтральными гаоовими середовшцами (Аг, Не). Доопди покаоали, що омднення температуря частинок в 4aci при Ix pyci в Аг мае монотоний характер -температурю стрибки в1дсутш та на пшфах частинок немае включепь, як i покаоували б присутндсть кисню (гаоу) в oó'cmí мкрогранул. Таким чином, було ороблено попереднш висновок про в1дпов1дшсть кисню оа стрибки температур.

Проводилося математичне моделювання ходу теплообм1нних npoqecie при pyci ВМЧ в нейтральних rao ах. Записувалося р1вняння руху та теплообмшу частинок. При цьому рооглядалися конвекцшний та радоащйний теплооб-míh i кристалюащя частинок. При числовому pimesHi р»вняння враховува-лась оалежшсть в'яокосп, тешюпров]дносп, густини та ступеню чорноти В1Д температури. Реоультати роорахушйв оадов1льно уогоджуються о да-ними експеримент]в. Пор'шняння експериыентальних оалежностей ом!нення температури ВМЧ В1д часу T(t) в noehpi та нейтральних середовищах (Аг, Не) покаоують íx уогодження на певному штерваш часу г (рис.10). Причо-му, на пшфах ВМЧ металдв о часом життя г на поверхш частинок вщсутш окисли. Ц] факти св1дчать про ¡дентичшсть процеав, що вщбуваються о ВМЧ металле в пов^тряному та в нейтральному гаоовому середовищах оа щ штервали часу. Знаючи швидысть руху ВМЧ та вариючи вщстань прольо-ту частинок в noBÍTpi перед íx входом в нейтральний rao, вионачили час т„, noTpiÓHHH для нахождения ВМЧ в noBÍTpi, що дал i, шд час руху ВМЧ в нейтральному rani, приводить до нояви спалах1в. Бксперименти по досшдженню мкроишф1в ВМЧ, що ршний час воаемодояли о гаоом (повггря), покаоали, що перед температурним стрибком всередеш частинок вивикають велии включения окислив. Наприклад, анал5о частинок Mifli покаоуе наявшсть в oG'eui I частинок 60% кисню (вщ об'ему частинки). На ochobí експериментально ви-оначеного часу насичення ВМЧ метал i в киснем (тн) та кшькктю кисню, що потрапив до об'ему частинок, проводилася оц5нка мехашому переносу 02 до поверхш частинок. З'ясувалося, що дифуошний механ1ом переносу л1м!туе час доставки i ~ 0,2 с, что на два порядки бшыпе експериментально виона-ченого часу гн (тд,ф г®). Враховуючи електрофюичш продеси, що в1дбува-ються о ВМЧ (термоем!ая електрошв, утворення íohíb 0¿"), опис переносу утворених íohíb Of до поверхш ВМЧ (наприклад, mífli) оа рахунок íx дрейфу в кулошвському пол1 частинки дае час íw ~ 8 мс, що добре уогоджуеться о експериментально отриманим часом насичення ~ t№. Це уогодження часу покаоуе вплив величини та онаку оаряду ВМЧ на теплообмшш процеси i якост1 отриманих частинок метаив.

Дал! для рооумшня попередшх nponecÍB (та 'íx воаемоов'яоку), що виклика-

ють стрибки температур при воаемод!У ВМЧ металле о гадами, проводив ся пор'шняний аналю екснериментальних даних, ях1 характериоують тепломасо-обмш та електрофюичш процеси, проткаючи о частниками. На рис. 11 видно, що отримана при високих температурах частника металу го-оа висохоТ "штенсивпост1 термоем]си мае пооитивний оаряд > 0; при цьому частника активно скидае тепло та масу (в1Дрюок ДА), утворюючи навхруги себе КДФ. На цьому в-1дртку оаряд частники <? 0, що оабеопечуеться суперпооищею поток1в електрошв о поверхш частники та КДФ, що оточуе частинху. На цьому ж в5дршку ДА вщбувасться утворення ююв кисню О^, яю в хулошв-ському пол! частинки дрейфують до п поверхнз о енерпею IV ~ 1 -ь 3 еВ, що оумовлюс активне проникнення в об'ем частинки. При цьому юни фор-муготь оаряд частинки £? < 0 (вщноок ВА), пронихаючи в об'см частинки доти, поки при < 0 Ух енерпя стае кТ < <ре. Шаи чого вони почияають воаемод)яти о поверх® сними молекулами металу частинки, утворюючи окисел на поверхш (КС), що уогоджуеться о часом насичення г,. Зменшення температури частинки веде до появи окисноТ пшвки на и поверхш, що обумо-влюе стрибок оарядав, бо робота виходу на поверхш частинки оменшуеться 1 дор!внюе робот! виходу частинки КДФ: А\ = А2 (т. В). Дал! сзмшення оаряду частинки в!дбуваеться пропорцшноомешпенню и температури (в!др!оок ВС), при цьому спостеркаеться поступове об1льшення внутр'ппшх включень кисню в об'ем! частинки до певноУ величини (т. С), що й веде до температурного спалаху.

При роогляданш модел! процес1в, що вщбуваються в об'ем! ВМЧ метахйв, вихористовувались фаоов1 доаграми систем "метал-кисень". ТЪх, на рис.12 приведена фапова д!аграма бшарноУ системи Си — О, де воображено в!дяо-шення молярноУ концентращУ кисню (Со) та температури (Т). Характерним для цього процесу е його термодинам!чна нершновага, так що д!аграма дае лише напрям фаоових омш. В температурному д^апаоош бшарноУ системи Си-О вщ 1200°С до 1400°С с область нерапчиненость Система складаеться ¡о двох р!оних р!дин о температурою до 1200°С, а штм вщбуваеться моно-тектична реакщя утворення СщО, ори якш видшяеться тепло. Аналопчний авалю проводився ! для ¡нпгах досл!джуемих метал!в. Була ороблена ощнка кшыкт) тепла, яке видолялося при х5м1чншс реажц!ях утворення охисл!в ме-тал1в та опис температурних стрибк!в, яы викликаються, видшеним теплом. Аналю покаоав Ух оадов'шьне уогодження.

Одним о головних оавдань Д1е1 роботи було виявлення можливост! регулю-вання та отримавия монодисперсних частинок метал!в о оаданими фгоико-х!м)чними властивостями. Тому восьмии роодрл дисертащУ був присвячен досл!дженню воаемо^У ВМЧ метал!в о конденсованими середовшцами, то-

му що вони дооволяють реалшувати високошвидысне охолодження част инок, що, в свою чергу, дае омогу ошнювати Ух структуру. Спочатку були ви-явлеш можлив1 вида воаемодоУ ВМЧ о ршними шдложками. Було о'ясовано, що ВМЧ метал1в можуть вщскакувати, прилипати та вварюватися у шдяож-ку. 1ыов1ршсть реалюацп кожного ю перел1чуваних вариантов оалежить в*1Д богатьох фактор1в: шдльотноУ температура, роом1ру 1 швидкосп частинок, плопд контакту, тешюпровщноеп матер1алу краплини та шдложки, характеру теплообм1ну в плям1 контакту краплини о шдложкою. Кр1М цього, були виявлени характерш види дефектуемост! матер!ал1в ршних шдложек при Ух воаемодп о в1дстрибнувшими ВМЧ, атакож можлив! геометричн! форми при-липнутих \ вварених частинок та характеристики сшдов КДФ на шдложках. Баоуючись на аналю) характерних термдав процеав, що виникають в ВМЧ при Ух воаемодп о шдложкою (К — де ^ = (3тгт/Ъа)1!7 - час контакту ВМЧ о шдложкою, ¿2 ~ час охолодження краплини на шдложщ), були виона-чени критер1У, що характериоують вщскок-прилипання ВМЧ метал!в до шд-ложщ. При вионаченш рооглядалися випадки, коли А1 ~ Аг та Л1 Л2 (Л! 1 Аг - тешюпров1дност1 матер1алу шдложки та краплини в1Днов!дно). Оцшка величини <2, коли А1 ~ Аг дае:

де Tj, Та - початков1 температури краплини та шдложщ, Ти - температура плавлшня матер!алу подложщ, с - теплоемшсть, ai, a2 - характерш роо-Mipn шдложки та краплини в'1дпов1Дно. Експерименти, проведен! о рядом ма-Tepianie, покаоали, що для дано'У пари матер'1ал!в io оаданими температурою та швидк!стю шдльоту можливо оавбачити реоультат воаемодГУ ВМЧ металу ¡о шдложкою опдно о крите pi ем К (вщскок-прилипання).

Дал1 проводилися експериментальш доопдження швидкост1 руху ВМЧ ме-тал!в в noBiTpi, 60 умшня математично в'фно описати ai процеси дооволить моделювати поведанку та властивоси частинки при УУ воаемодп о ргоиими середовшцами. Використовуючи генератор моночастинок метал!в (роодш 4), реестрували Ух температуру i швидюсть сещментацн в noeiTpi. Швидхкть вионачали оа допомогою фотореестрацп траекторп руху ВМЧ метал1в крюь обтюратор. Дослщження покаоали, що BiflOMi формули (наприклад, Клячко) неоадов!льно описують рух ВМЧ в rani, тому що прионачени для вионачення опору руху частинок в однор1дних температурних полях. Оск'|лъки при pyci"

(12)

а для випадку At -С А2

ВМЧ пов1тря навколо частники не встигае прогрейся на великих В1дстанях В1д неУ, то лш5У струму вионачаються густиною холодного пов1тря. Беопосе-редньо б5ля ВМЧ молехули пов1тря мають температуру частники 5 мкроско-пичний мехашом опору вионачаеться гарячнми молекулами. Taxi рооум1ння дооволили виконати роорахунки швидкосп руху частинок, шдставлягочи в р1вняння руху динам!чну в'яокость, яка вионачаеться при температур! частинок, i густину пов*1тря при температур! навколишнього середовища. Потш були вионачени величини швидкост! охолодження ВМЧ метал!в при воасмодо о металевими шдложками та можлив!сть аморфюацГУ охолоджуемих М1кроча-стинок i "оаморожування" в Гх об'ем! кисню, що якии не прореагував. Мате-матичне моделювання теплообмшу ВМЧ металу о масивною металевою шд-ложкою покаоала можлив1сть досягнення швидкосп охолоджування ~ 109 К/с. Так, наприклад, така швидысть реалшуеться для краплини мЗд! о R = 140 мкм и Люжтиту = 75 мкм на М1днш шдложцЗ. В перлл 0,2 мс краплина стигне на 20% в'щ свосУ nepBicHoi' температури, що е достатшм для аморфюацп багатьох сплав1в. Експеримент шдтвердив можлив1Сть охолодження металевих частинок оЛ~ 150 мкм io швидхктю 10е К/с. При експериментальних досл!джен-нях можливост1 "оаморожування" кисню в об'ем! частинок було виявлено, що, коли час находження в газовому середовшщ (активному + нейтральному) б1льше гр, при воаемодГУ ВМЧ о шдложкою спостер1гаються температурю стрибки. Коли час находження ВМЧ в raoi менше тр, стрибки температур вщсутш. Якщо оаморооити частники на шдложщ, коли час Ухнього життя г < 7-р, a noTiM рооташувати в середовшце Аг о нооидуючим и pooirpisoM до Т > 1500°С, то огодом можна виявити повне i'x окисления. Де покаоус на наявшсть непрореагувавшого ("оамороженого") к! сто в Ух об'емк Також проводилось вионачвня ряду фюико-х1м!чних параметр!в металевих М1кроча-стинок, отриманих при комплексной да на них гаоовими та конденсованими середовшцами. Вионачались омшення мехашчних (м1кротверд!сть) та елек-тричних (електроошр) параметр1в; проводилися металографчний, рентгено-структурний i Х1М1чний авалю и отриманих монодисперсних частинок. На м1хрошл1фах частинок проводився металограф1чний анал'ю та в торговалась м]'кротвердасть. Значения м1кротвердост1 обшыпувалось i в'даовщало вели-чиш аморфних метал1в. Металограф1чний аналю покапав можливкть утво-рення pioHHx фао в об'см1 частинок. Так, в об'ем] частинок Си, як1 мають дуже малин термга життя, вздсутш включения оакису м1да, а в частниках Мо можливе утворення дендритноУ мкрокристалевоУ структури. Електроошр прутку довжиною 1,5 см та диаметром 1 см, який було виготовлено спрей-методом о частинок Си (оа допомогою сконструйованих генератор1в) був 190 • 10_в ом-см при нормальних температура«, що в1дпов1дае величин! onipy

аморфшованих метал!в. Рентгенострухтурний аналш отриманих ансамбл!в монодисперсних частинок тахож покаоав Ух аморфшацш.

В оаключнш частищ приведет основш реоупьтати 1 шдсумки:

1. Вперше роорахунково обгрунтована схема монодиспергування речовин у гаоов] середоваща методом оастиглого струменю (МЗС), яха покаоуе можливкть и регицоацп на основ'1 вихориставвя рюних джерел концен-трованих потоков енерги (КПБ), якл вихлихають локальне плавя! ння ре-човини та оргашоують сили (електричш, гаоодивам!чнэ, шерцшш, тощо) для в1дриву утвореноУ краплини речовини.

2. Вперше ехспершдевтально шдтверджено реальность монодиспергування иеташв о шдвшценою тугоплавыстю {Тт = 1000 -г 3600°С) в активн! та нейтральш (пов1тря, Аг, Не, середовшца методом оастиглого струменю та отримання частинок ю оаданими фЬахо-хзм^чними властивостями.

3. На основ! МЗС утвореш генератори, яю вихористовують КПЕ в вигляд! гаооплаомового струменю та 1мпульсного дугового рооряду. Доанджено та вионачено аптимальш режими Ух роботи, що дооволило отримати мо-нодисперсш частники таких тугоплавких метал!в, як Тг, Си, Мо, V/, Та, Ni та ¡нпп, в доапаоош роом1р1в Я ~ (25 -г 450) • 10~в м 1 о хоефщкнтом монодисперсност1 ~ 5%.

4. На основ! анадиоу експернментальних даних було оапропоновано фюичну модель монодиспергування метал!в МЗС, яха враховуе теплов"1 та силов-1 процеси, як! виникають щд час формувавня та в\дриву краплчни, 1 доово-ляе ов'яоати початков! параметри диспергуемого металу о параметрами джерела КПЕ таоадовшьно описувати очикуем! параметри (роом1р, температура, швидккть, тощо) генеруемих частинок.

5. Проведено експер иментальне доапдження холодно*! (Т, = Г0.с.) емки елек-трошв (шд впливом УФ випромшювання) о частинок, як1 седоментують в пов'|тр1. Це дооволило вперше виявити величину фотоемкшного оаряду частинок в пов1тр1 та його омшення в оалежност! в1д часу. Знайдеш величина оап1рного фотоемкшного оаряду частинок при ф > 0 та облает! насичення виходу фотоелектрошв при деяких величинах < 0. Експер иментально онайдеш величини квантового виходу для ряду речовин при довжиш випром1нювання Л ~ 210нм 1 ширш! спектрально!' д!лянки ДА = Юны.

6. При теоретичному описаяш процесу фотоелектроно!" (холодно!) емки о седо менту ючоУ сферично!" частники вперше отримано аналп'ичш вираои

для емистного струму о поверхш частники, яка онаходиться в пов!тр5. Роов'язано р1вняння оарядки частники та онайдено оалежностЗ оаряду частники в!д часу. Пор1вняння експериментальних та роорахункових результате викаоало Ух оадовтьие уогодження.

7. Експериментальш доапдження термоем1айноУ оарядки ВМЧ метаипв, яю рухаються в пов!тр!, дооволили отримати оалежтсть тер моем1 аиного оаряду вщ темлератури частинок. Це вперше показало наявшсть омшен-ня онаку та величини оаряду (КДФ^ 0) в оалежноси в1д температури, роботи виходу, фаоового складу частинхи, тощо.

8. На основ1 модельних явлень, що були роовинути при теоретичному опису холодно? емки (Г, = Т0.е.) о поверхш частинок, проведено теоретичний авалю термоемшйноУ оарядки ВМЧ метал]в, ях1 седоментують в пов1тр1, коли Г, Г0.с. для випадюв КДФ= 0 и КДФ/ 0. Вперше отримано анал^тичш вираоки для величин оарядав термоем!туючих частинок. Щ вираои ов'яоуготь ф'юижо-х1М1чш властивост! частинок ¡о Ух температурою та характером воаемодп термоелехтрошв о гаповими молекулами. Пор^вняння екснериментальних та роорахункових реоультатш нокаоуе оадовольне уогодження Ух величин.

9. Вперше проведено експериментальне дослщження воаемодеУ ВМЧ (Си, Мо, IV, Га та 1нпп) о гаоовими середовшцами (шдатря, Аг, Не, Л^) для металов, сформованих в гаш оа малий в1дргоок часу (~ 10~3-г 10~® с. Досиди показали аналапчшсть ходу температурите оалежностей в пов!тря-ному та аргоновому середовшцах в початковий перюд часу (г ~ 10~3 с). При онаходженш в пов!тр1 на протяо! часу т„ - характерний для кожного конкретного металу - на ВМЧ металле в гаоових середовшцах (пов!тря, Аг, Не) черео час гр - 1нд1в1дуальний для кожного металу - спостерка-ються температурш стрибки. З'ясовано, що оа сб!г ходу температурних оалежностей в активних 1 нейтральних середовшцах та оа температурю стрибки в}дпов)дае процес пронихнення кисню в об'ем частинок.

10. Вперше експериментально показано, що оная 1 величина оаряду ВМЧ ме-ташв вшгавае на процес поглинення кисню в об'ем частинок. Вперше експериментально вионачеш характерш часи поглинення кисню в об'ем ВМЧ ряду метал]в (тж), юльюсть кисню, поглинутого в об'ем частники.

11. Проведено доапдження характерних видов воаемод5У ВМЧ метал5в о шд-ложками, як! мають рюш ксефщкнти теплопроводность З'ясовано мо-жливкть реалюащУ трьох видав взасмод]У: вщекок, вварювання, прилипания. Вионачено вида дефект1в, що утворюються на рганих шдложках

upa воаемоп □ ВМЧ метатв. Вперше роораховано критерш "вщскок-при-липання" ВМЧ метал!в до шддожки; роорахункш значения оадовшьно уогоджуються о експериментальниыи результатами.

12. Вперше експериментально покаоана невщповщшсть опису швидкост! седо ментацй' ВМЧ в холодному (Т, > !Г0.С.) газовому середовшщ ¡снуючими оалежностями. Запропоновано емшр1чв! поправки до формули Клячко, як! дооволили оадов*1льно уогодити доапдш та роорахунков! реоультати при седоментацп ВМЧ в холодному noBÍTpi.

13. Вперше експериментально показала можливкть аморфюацп монодиспер-сних частинок метал!в в даапаоош pooMipiB ~ 10-4м та створювання на IX основа продовжених аморфЬованих ораоыв метал!в. Покаоана можливкть отримання монодисперсних частинок о р1зномаштним1 фазами та структурами в íx oó'cmí. Вперше покаоана можливкть "оаморожу-ванвя" кисню (гао!в) в об'см! частинок, що приводить до омшення 'ix ф"юико-х]м!чних властивостей.

14. На ochobí вперше утворених оригшальних методов монодиспергування металле шдвшцешн тутоплавкосп та анализу интегрального впливу те-плоелектроф!зичних процеав, як! супроводжують диспергування метал!в, на ф!оико-х!м1чш властивост1 отриманих частинок можливе утворення систем монодисперсних металевих частинок io оаданими ф!оико-х!м!чни-ми властивостями.

Основн! результаты дисертацп опубл!кован! у наступних роботах:

1. Суслов В. А. Влияние поверхности жидкости на оаряд капель, обусловленный диффуоией ионов // Фиоика аэродисперсных систем.- Киев-Одесса: Вшца школа, 1978.- Вып. 18, С. 29-33.

2. А. с. 922617 СССР, МКИ G01N27/02./.. Импульсный способ измерения концентрации и подвижности гаоовых ионов / А. И. Суслов, С. А. Поои-гун (СССР).- N 2936342/18-25 /; Заявлено 09.06.80; Опубл. 23.04.82, Бюл. N 15.- с. 12.

3. А. с. 978935 СССР, МКИ В05В17/06./.. Генератор монодисперсных капель / А. В..Суслов, С. А. Пооигун (СССР).- N 3286163/23-05 /; Заявлено 25.02.81; Опубл. 07.12.82, Бюл. N 45.- 2 с.

4. Суслов А. В., Контуш С. М. Влияние поверхностных свойств одиночных капель на селективный оахват гаоовых ионов // Фиоика аеродисперсных систем.- Киев-Одесса: Вшца школа.- 1983,- Вып. 23.- С. 23-28.

5. Суслов А. В., Контуш С. М. Стационарные оаряды капель, обусловленные двойным электричечским слоем в биполярной ионной среде // Физика аэродисперсных систем,- Киев-Одесса: Вища школа.- 1983.- Вып. 23.-С. 28-31.

6. Суслов А. В. О механиоме селективной оарядки капель в ионных средах // Фиоика аородисперсных систем.- Киев-Одесса: Вища школа.- 1-984.-Вып. 25.- С. 27-33.

7. Суслов А. В. Заряд капель полярных жидкостей, находящихся в различных оонах повышенной проводимости // Фиоика аэродисперсных систем.* Киев-Одесса: Вища школа.- 1984.- Вып. 25.- с. 33-38.

8. Суслов А. В., Пооигун С. А. Импульсный спектрометр ионных сред // Атмосферное электричество.- Ленинград: Гидрометеоиодат.- 1982.- с. 253.

9. Суслов А. В., Пооигун С. А. Генератор монодисперсных капель с вибрирующей иглой // Фиоика аородисперсных систем.- Киев-Одесса: Вшца школа.- 1985 - Вып. 28.- С. 8-11.

10. А. с. 1217073 СССР, МКИ С0Ш21/00 ./.. Способ измерения квантового выхода для жидкостей / А. В. Суслов, С. А. Пооигун, С. М. Контуш (СССР).- N 3787462/24 /; Заявлено 06.07.84; Опубл. 07.12.85, Бюл. N 25

- 2 с.

11. А. с. 1293581 СССР, МКИ С0Ш21/01 ./.. Способ измерения работы выхода для жидкостей / А. В. Суслов, С. А. Пооигун, С. М. Контуш (СССР).- N 389376/31-25 /; Заявлено 12.05.85; Опубл. 28.02.87, Бюл. N 8

- 3 с.

12. Суслов А. В., Пооигун С. А. Экспериментальное определение величины квантового выхода, работы выхода из жидкостей, находящихся в газе // Фиоика аародисперсных систем.- Киев-Одесса: Вища школа.- 1986.-Вып. 29.- С. 115-119.

13. Суслов А. В., Лялин Л. А., Пооигун С. А. Влияние газовой среды на фотоэмиссию электронов с аэрооольной частицы, несущей отрицательный заряд // Труды Моск. онерг. ин-та.- 1987.- Вып. 149.- С. 115-121.

14. Лялин Л. А., Суслов А. В. Фотоэмиссия электронов из положительно заряженной аэрооольной частицы // Т^уды Моск. онерг. ин-та.- 1987.-Вып. 149.- С. 110-114.

15. Суслов А. В., Пооигун С. А., Контуш С. М. Исследование фотоиониоа-

' ции атмосферных аэрозолей // Атмосферное электричество.- Ленинград:

Гидрометеоиодат.- 1988.- С. 53-55.

16. Суслов А. В. Иобирательные свойства поверхности гидрометеоров // Ат-мосфрное электричество.- Ленинград: Гидрометеоиодат.-1988.- С. 63-66.

17. Лялин Л. А., Суслов А. В. Фотоэмиссия жидких аэрооольных частиц // Труды Моск. онерг. ин-та.- 1988.- Вып. 185.- С. 63-70.

18. Суслов А. В. и др. -Вопросы электротехнологии МГД-гранулирования металлов // К.: 1989.- 21 с. (Препр.- 646 / АН Украины. Ин-т электродинамики).

19. Суслов А. В., Дрейоин Э. Л. Получение монодисперсных металлических порошков в импульсной электрической дуге // Порошковая металлургия.-1990.- N 15 (336).- С. 1-5.

20. А. с. 1627327 СССР, МКИ B22F9/14 ./.. Способ изготовления сферических гранул / А. В. Суслов, Э. Л. Дрейоен (СССР).- N 4491456/02 /; Заявлено 10.10.88; Опубл. 15.02.91, Бюл. N 6 - 2 с.

21. А. с. 1629160 СССР, МКИ B22F9/14 ./.. Способ получения металлических порошков / А. В. Суслов, Э. Л. Дрейоен, С. А. Пооигун (СССР).-N 4436849/02 /; Заявлено 07.06.88; Опубл. 23.02.91, Бюл. N 7 - 2 с.

22. Дрейоен Э. Л., Суслов А. В., Трунов М. А. Особенности формирования свойств монодисперсных металлических частиц, полученных в импульсной микродуге // Труды Моск. внерг. ин-та.- 1990 - Вып. 232.- С. 77-84.

23. Лялин Л. А., Суслов А. В. Кинетика фотоиониоационной оарядки аоро-оольных частиц // Т^уды Моск. онерг. ин-та.- 1990.- Вып. 232.- С. 110114.

24. Суслов А. А., Дрейоен Э. Л., Трунов М. А. Исследование горения монодисперсных металлических частиц, полученных в импульсной дуге // Фиоика горения и ворыва.- 1990.- N 4.- С. 25-27.

25. Suslov А. V. Producting Mouodispersed Metallic Powders in a Pulsed Electric Arc // Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics.- 1990.- V. 29.-N 7.- P. 939-943.

26. Суслов А. В., Дрейоен Э. Л., Трунов M. А. Методика исследования кинетики окисления движущихся и горящих металлических частиц // Фиоика горения и ворыва.- 1991.- N 4.- С. 138-139.

27. Суслов А. В., Лялин Л. А., Семенов К. И. Гаооплаоменное монодиспергирование металлов умеренной и повышенной тугоплавкости // Инженер-но-фиоический журнал.- 1991.- Т. 60.- N 4.- С. 571-576.

'28. Суслов А. В., Дрейоен Э. JI., Трунов М. А. Исследование свойств монодисперсных микрогранул тугоплавких металлов, полученных в импульсной дуге // Инженерно-фиоический журнал.- 1991.- Т. 60.- N 4.- С. 595-599.

29. Лялин Л. А., Суслов А. В. Фотоемиссионная оарядка монодисперсных аорооольных частиц при атмосферном давлении // Инженерно-фгозичес-кий журнал.- 1991.- Т. 60.- N 4.- С. 603-610.

30. Суслов А. В., Дрейоен Э. Л., Трунов М. А. Поведение металлических монодисперсных частиц в различных средах // Инженерно-фиоический журнал.- 1991.- Т. 60.- N 4.- С. 620-625.

31. Suslov А. V., Dreizen Е. L., Trunov М. A. Interaction of High Temperature Metal Particles with Different Materials // Journal of Aerosol Science - 1991.-V. 1.- P. 277-280.

32. Suslov A. V., Dreizen E. L., Trunov M. A. Aerodynamic Resistance to the Movement of High Temperature Metal Particles//Journal of Aerosol Science.-

1991.- V. 1,- P. 281-284.

33. Dreizen E. L., Suslov A. V., Trunov M. A. Modelling of Monodisperse Metal Microgranule Generation in a Pulse Discharge // MHD Processes for the Protection of the Environment: Ukraine.- 1992.- P. 242-247.

34. Dreizen E. L., Suslov A. V., Trunov M. A. Temperature Jumps in Free Metal Particle Combustion // Journal of Combustion Science and Technology.-

1992.- V. 87.- P. 45-58.

35. Dreizen E. LM Suslov A. V., Trunov M. A. General Trends in Metal Particle Heterogeneous Combustion // Journal of Combustion Science and Technology.- 1993.- V. 90.- P. 79-99.

36. Suslov A. V., Dreizen E. L., Trunov M. A. Formation of Monodisperse Refractory Metal Particles by Impulse Discharge / / Journal of Powder Technology.-

1993.- V. 74.- P. 23-30.

37. Suslov A. V., Trunov M. A., Semionov К. I. Receiving Micro-Nanoparticles in the Air // Journal of Aerosol Science.- 1993.- V. 24.- P. 479-480.

38. Suslov A. V., Trunov M. A., Semionov К. I. Receiving Micro-Nanoparticles in Neutral and Low Activity Gases // Journal of Aerosol Science.- 1994.- V. 25.-P. 430-432.

39. Suslov A. V., Lyalin L. A., Semionov К. I. Thermoemissional Charging of a Spherical Sedimentary Particle // Journal of Aerosol Science.- 1995.- V. 26.-P. 321-322.

40. Suslov A. V. Interaction of Cluster-Ion Media with Metal's Surface // 14th Annual Meeting of the American Association for Aerosol Research.- Pittsburgh, USA.- 1995.- P. 153.

41. Suslov A. V. Influence of the Liquid Drop Surface Properties on the Selective Trapping of Gas Ions // 14th Annual Meeting of the American Association for Aerosol Research.- Pittsburgh, USA.- 1995.- P. 174.

42. Lyalin L. A., Susliv A. V. Photoemissional Charging of Airdispersed Systems // Journal of Aerosol Science.- 1996.- V. 27.- P. 220-221.

43. Suslov A. V. Investigation of Monodispersed Metal Particles Combustion in the Air // Journal of Aerosol Science.- 1996.- V. 27.- P. 369-371.

АНОТАЦ1Я

Суслов А. В. Тепло-електрофнэичш аспекта монодиспергування метал]в шд-вищеноУ тугоплавкость- Рукопис.

Дисертащя на одобуття наукового ступеня доктора фюико-математичних наук оа спещалъшстю 01.04.14 - теплофизика та молекулярна ф'гаика. 1нсти-тут горшня та нетрадщйших технологш Одеського державного утверситету ¡м. I. I. Мечшкова, Одеса, 1998 р.

Захищаються 68 HayKoai роботи, що мктять реоультати експерименталь-них та теоретичних досл5джень процессе монодиспергування метатв о1дви-щеноУ тугоплавкост! в активш та нейтральш raooßi середовища. При цьому вивчаеться ¡нтегральний вплив тепло-електрофгоичних nponeciß, що npoTi-кають при воаемодй" високотемнературних монодисперсних частинок (ВМЧ) метал]в о гаоовими та конденсованими середовшцами, на фюико-х}м5чн5 вла-CTHBOCTi отриманих частинок. Роорахунково та експериментально обгрун-товуеться роороблений метод оастиглого струменю (МЗС). Рооглядаються тепло-електрофюичш процеси, що супроводжують монодиспергування ме-ташв. Вионачено, що ВМЧ меташв активно поглинають кисень i що на цей процес вшшвае оаряд частники. На ochobi монодисперсних частинок отримано продовжеш opaoKi аморфшованого металу. Покапано можливкть отримання монодисперсних частинок метал ¡в ¡о оаданими ф1оико-х1м1чними властивостями.

KnioHOßi слова: монодиспергування, мкрогранули, оаряд, температура, фаоовий склад, структура, монодисперсна частника металу.

АННОТАЦИЯ

Суслов А. В. Тепло-электрофиоические аспекты монодиспергирования металлов повышенной тугоплавкости.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.14 - теплофизика и молекулярная физика. -Институт горения и нетрадиционных технологий Одесского государственного университета им. И. И. Мечникова, Одесса, 1998 г.

Защищается 68 научных работ, содержащих реоультаты экспериментальных и теоретических исследований процессов монодиспергирования металлов повышенной тугоплавкости в активные и нейтральные гаоовые среды. При этом поучается интегральное влияние тепло-электрофиоических процессов, протекающих при взаимодействии высокотемпературных монодисперсных частиц (ВМЧ) металлов с гаоовыми и конденсированными средами, на фиоико-химические свойства получаемых частиц. Расчетно и экспериментально обосновывается рзаработанный метод оастывшей струи (МЗС). Рассматриваются тепло-электрофиоические процессы, сопутствующие монодиспергированию металлов. Определено, что ВМЧ металлов активно поглощают кислород, и что на этот процесс влияет оаряд частицы. На основе монодисперсных частиц получены протяженные обраоцы аморфиоированного металла. Покапана возможность получения монодисперсных частиц металлов с заданными фиоико-хиыичесхими свойствами.

Ключевые слова: монодиспергирование, микрогранулы, оаряд, температура, фаоовый состав, структура, монодисперсная частица металла.

SUMMARY

Suslov А. V. Thermal and Electophysical Aspects of Monodispersing High-Melting Metals.- Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by speciality 01.04.14 - thermophysics and molecular physics.- The Institute of Combustion and Non-Traditional Technologies of Odessa State University, Odessa, 1998.

68 scientific papers on experimental and theoretical investigations of high-melting metals' monodispeersing into active and neutral gaseous media are defended. The integral influence of thermal and electrophusical processes occuring on interaction of high-temperature monodispersed metal particles (HMP) with (jaseouse and condensed media on the physical and chemical properties of the obtained particles was investigated. The freezed spray method (FSM) has been supported with calculations and experiments. Thermal, electrical, and phys-cal processes accompanying the metals' monodispersing have been analyzed.

It has been found out that HMP of metals absorb oxygen, this process being influenced by the charge of the particles. Basing on monodispersed particles, elongated speciments of amorpheous metal have been recieved. The possibility of generating monodispersed metal particles with pre-determined physical and chemical properties has been shown.

Key words: monodispersing, microgranule, charge, temperature, phase composition, structure, monodispersed metal particle.

Подрисуночш пвдписи

Рис.1. Залежшсть величина сил, д5ючих на крашшну, вщ рад!усу прутка.

Рис.2. Кшограми процесу диспергування метал!в МЗС.

Рис.3. Конфкуращя електродного блоку, який оабеопечуе ефективний сило-

вий вплив о боку рооряду на крашшну, що формуеться.

Рис.4. Залежшсть коеф!щента стабшьвоси генерацп к вщ В1дсташ прошж

електродав Я, (а).

Рис.5.: (а) - Монодисперсш частники, сформоваш в ¡мпульсному роорядо оа принципом "один ¡мпульс - одна крапля" (частники мол!бдеиу); (б) - Рооподш оа роом'фами металевих частинок, сформованих у другому режим! диспергування: 1 - м!дь, 2 - молибден, 3 - вольфрам.

Рис.б. Змша ддаметрт (а) та температур (б) краплин мщ^яы формуються, роораховане до моменту виконання вимог в!дриву краплини. Рис.7. Залежнкть фотоем!с!йного омшення оаряду AQ в!д величини по-чаткового негативного оаряду Qt на краплини о радиусом г = 140 мкм для краплин водних рдачишвфарбншпв трифеншметанового ряду о маховою кон-цевтращею 0,5%: 1 (о ) - малах^ова оелень, 2 (О) - родам!в 6Ж, 3 (Д) -хрноощин, 4 (о ) - еритроош.

Рис.8. Залежн!сть термоем1с5йного струму о частинхи Си:0 В1Д температу-

ри: лшя - роорахунок; • , а - експериментальш оначення.

Рис.9. Залежшсть р!вноважного оаряду частники в1д температуря (Си, коли

КДФ ф 0). • - експериментальш оначення,--роорахункова крива.

Рис.10. Експериментальш оалежносп омшення температуря вщ часу ВМЧ метал!в при Yx pyci в активних середовшцах: (а) - м!дь, (б) - вольфрам, (в) - тантал, (г) - мол1бдев.

Рис.11. Характерний вигляд оалежностей T(i), Q(t), вигляд шл!ф1в

(Т), де Т(£) - омша температуря ВМЧ в"|д часу, Q(t) и N,A<|,(T) - омшенш оаряду та концентрацп КДФ ВМЧ металу в'|д часу в'1дпов!дно. Рис.12. Фаоова доаграма б'шарно!" системи Си - О.

N 1

ч

ч

ч

■ , .$1 у? 4

I —4

-4- ч-

40*10м, Кп 6

Г10",А 0,8

0,4

Мал.7.

/ №75 мкм

Мал.8.

800 1000 1200 1400 1600 Т ,К

-6-5-4 -3 -2 -1 0

Он'Ю", Кп

4а*ю", кл

400 «У! 1^00 Т и

Р=0,645

к

Мал.9.

1700

О

о

2.1400

о.

с 1100

800

• -повпря о-аргон

Мап.10.

Мал.11.

150014001300-Р1200-

га"

£1100 ЕГ 1063 ё-1000

| 900

500

400

300

200,

100 200 300 Час (мсек)

0, вес. %

1 1 р!дн| Ж»0 ни ]-;

г 1 1 Дв1

1 1 120» ! \

/ '«.7(1 1) Ал (10. |

■и

т лш

6 * о

371Г- |

Мал.12.

Температура, °С

б 6 10 15 20 25 30 35 0 ат %